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1、变压器差动保护有关问题研究 摘要:本文简要阐述了变压器差动保护的工作原理,分析了差动保护不平衡电流产生的原因,并提出了相应的防范措施。 关键词:差动保护工作原理;不平衡电流产生原因;防范措施 1.前言 变压器差动保护是按照循环电流原理构成的,是变压器的主保护。一般采用的是带制动特性的比率差动保护,因其所具有的区内故障可靠动作,区外故障可靠闭锁的特点使其在系统内得到了广泛运用。双绕组变压器,在其两侧装设电流互感器。当两侧电流互感器的同极性在同一方向,则将两侧电流互感器不同极性的二次端子相连接(如果同极性端子均置于靠近母线一侧
2、,二次侧为同极相连),差动继电器的工作线圈并联在电流互感器的二次端子上。在正常运行或外部故障时,两侧的二次电流大小相等,方向相反,在继电器中电流为零,因此差动保护不动作。然而,由于变压器在实际运行中引起的不平衡电流,使差动继电器的动作电流增大,从而降低了保护的灵敏度。 2.产生原因 (1)稳态不平衡电流产生的原因:①变压器高低压侧绕组接线方式不同;②变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同;③带负荷调分接头引起变压器变比的改变。 (2)暂态不平衡电流主要是由于变压器空载投入电源或外部故障切除,电压恢复时产生的励磁涌流。
3、3.差动保护用的电流互感器的基本要求 差动保护用的电流互感器需要满足两个条件:一是稳态误差必须控制在10%误差范围之内,因为整定计算中采用的不平衡稳态电流是按10%误差条件计算的。二是暂态误差。电流互感器剩磁对于饱和影响很大,当剩磁与短路电流暂态分量引起的磁通极性相同时,加重二次电流的畸变,因此电流互感器铁心中存在剩磁,则电流互感器可能在一次电流远低于正常饱和值即过早饱和。差动保护的暂态不平衡电流比稳态时大得多,仅在整定计算时将稳态不平衡电流增大二倍是不够安全的。采取抗饱和的办法是使用带有气隙的TPY级电流互感器。但是差动保护广泛使
4、用的是P级电流互感器,对P级电流互感器规定允许稳态误差不超过10%,暂态误差必然要超过稳态误差,在实用上可在按稳态误差选出的技术规范基础上通过“增密”以限制暂态误差。 采用增密的方法主要有:(1)将准确限值系数增大二倍(允许短路电流为额定电流的倍数);(2)将二次额定负担增大一倍;(3)增大二次电缆截面使二次回路的总电阻减半;(4)改用5P级电流互感器(复合误差由10%降为5%)。3 目前110kV及以下电压等级均采用P级电流互感器,220kV变压器亦采用P级电流互感器或5P级、PR级电流互感器,因此差动保护需要采取抗电流互感器饱和的
5、措施。500kV变压器在500kV侧、220kV侧均用TPY级电流互感器,对于600MW大型发电机变压器组保护,500kV侧均采用TPY级电流互感器,在发电机侧已有TPY级电流互感器可选用。 4.变压器励磁涌流的影响和防范措施 4.1变压器励磁涌流对差动保护的影响 变压器的高、低压侧是通过电磁联系的,故仅在电源的一侧存在励磁电流,它通过电流互感器构成差回路中不平衡电流的一部分。在正常运行情况下,其值很小,一般不超过变压器额定电流的3%～5%。当外部发生短路故障时,由于电源侧母线电压降低,励磁电流更小,因此这些情况下的不平衡电流对
6、差动保护的影响一般可以不必考虑。在变压器空载投入电源或外部故障切除后电压恢复过程中,由于变压器铁芯中的磁通急剧增大,使铁芯瞬间饱和,这时出现数值很大的冲击励磁电流(可达5～10倍的额定电流),通常称为励磁涌流。励磁涌流的波形如下图所示: 由图可知,励磁涌流IE中含有大量的非周期分量与高次谐波,因此励磁涌流已不是正弦波,而是尖顶波,且在最初瞬间完全偏于时间轴的一侧。励磁涌流的大小和衰减速度,与合闸瞬间外加电压的相位,铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、变压器的容量及铁芯材料等因素有关。对于单相的双绕组变压器,在其它条件相同的情况下,当电压瞬
7、时值为零时合闸,励磁电流最大;如果在电压瞬时值最大时合闸,则不会出现励磁涌流,而只有正常的励磁电流。对于三相变压器,无论任何瞬间合闸,至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。在起始瞬间,励磁涌流衰减的速度很快,对于一般的中小型变压器,经0.5～1S后其值不超过额定流的0.25～0.5倍;大型电力变压器励磁涌流的衰减速度较慢,衰减到上述值时约2～3S。这就是说,变压器容量越大衰减越慢,完全衰减要经过几十秒的时间。依据试验和理论分析结果得知,励磁涌流中含有大量的高次谐波分量,其中二次谐波分量所占比例最大,约为60%以上。四次以上谐波分量很小,在最
8、初几个周期内,励磁涌流的波形是间断的(即两个波形之间有一间断角),每个周期内有120。～180。的间断角,最小也不低于80。～100。[见下图(b)]。另外,励磁涌流对于额定电流幅值的倍数,与
